Development of a technology for manufacturing a heat-shielding structure on nitrogen cryocontainers, excluding heat transfer through gas
Вантажиться...
Дата
2022
DOI
https://doi.org/10.1063/10.0013291
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Анотація
One of the important stages in the creation of the scientific and technical foundations for the calculation, de-sign and manufacturing technology of the lowest heat-conductivity thermal protection from screen-vacuum thermal insulation (SVTI) is the development of a process for achieving the optimal vacuum Р₀ ≤ 10⁻³ Pa in the SVTI layers, since at this pressure, thermal conductivity (λeff) through the SVTI is carried out only due to the radiant (λrad) and contact-conductive (λk.k) components. It is proposed to obtain such a pressure in thermal insulation by using cushioning material in it, which was previously degassed in a separate vacuum chamber at 370–380 K for 12 h in order to remove water molecules from its structure and then replace them with nitrogen molecules. These molecules have 3–4 times less heat of adsorption; therefore they are pumped out faster. As a result, it becomes possible to accelerate (by ~ 20 h) to achieve optimal vacuum in thermal insulation, as well as 11% lower effective thermal conductivity [equal to (14.1–14.3)∙10⁻⁵ W/(m∙K)]. The analysis carried out (according to the developed methodology) showed that the achieved optimal effective thermal conductivity of thermal insulation in a cryocontainers is determined by 33% of radiant thermal conductivity [4.7∙10⁻⁵ W/(m∙K)] and 67% of the contact-conductive component [9.4∙10⁻⁵ W/(m∙K)].
Одним з важливих етапів створення науково-технічних основ розрахунку, проєктування та технології виготовлення найбільш низькотеплопровідного теплозахисту з екранно-вакуумної теплоізоляції (ЕВТІ) є розробка процесу досягнення в шарах ЕВТІ оптимального вакууму Р₀ ≤ 10⁻³ Па, оскільки при цьому тиску теплопровідність (λeff) через ЕВТІ здійснюється тільки за рахунок променевої (λrad) та контактно-кондуктивної (λk.k) складових. Запропоновано отримувати цей тиск у теплоізоляції шляхом використання в ній прокладкового матеріалу, який попередньо в окремій вакуумній камері при температурі 370–380 К піддавався дегазації протягом 12 годин з метою видалення з його структури молекул води та подальшого їх заміщення на молекули азоту. Дані молекули мають у 3–4 рази меншу теплоту адсорбції, тому швидше відкачуються. В результаті стає можливим прискорено (на ~ 20 годин) досягати в теплоізоляції оптимального вакууму, а також меншу на 11% ефективну теплопровідність [що дорівнює (14,1–14,3)∙10⁻⁵ Вт/(м∙К)]. Проведений (за розробленою методикою) аналіз показав, що оптимальна ефективна теплопровідність теплоізоляції в кріопосудині обумовлюється на 33% променевою теплопровідністю [4,7∙10⁻⁵ Вт/(м∙К)] і на 67 % контактно-кондуктивною складовою [9,4∙10⁻⁵ Вт/(м∙К)].
Одним з важливих етапів створення науково-технічних основ розрахунку, проєктування та технології виготовлення найбільш низькотеплопровідного теплозахисту з екранно-вакуумної теплоізоляції (ЕВТІ) є розробка процесу досягнення в шарах ЕВТІ оптимального вакууму Р₀ ≤ 10⁻³ Па, оскільки при цьому тиску теплопровідність (λeff) через ЕВТІ здійснюється тільки за рахунок променевої (λrad) та контактно-кондуктивної (λk.k) складових. Запропоновано отримувати цей тиск у теплоізоляції шляхом використання в ній прокладкового матеріалу, який попередньо в окремій вакуумній камері при температурі 370–380 К піддавався дегазації протягом 12 годин з метою видалення з його структури молекул води та подальшого їх заміщення на молекули азоту. Дані молекули мають у 3–4 рази меншу теплоту адсорбції, тому швидше відкачуються. В результаті стає можливим прискорено (на ~ 20 годин) досягати в теплоізоляції оптимального вакууму, а також меншу на 11% ефективну теплопровідність [що дорівнює (14,1–14,3)∙10⁻⁵ Вт/(м∙К)]. Проведений (за розробленою методикою) аналіз показав, що оптимальна ефективна теплопровідність теплоізоляції в кріопосудині обумовлюється на 33% променевою теплопровідністю [4,7∙10⁻⁵ Вт/(м∙К)] і на 67 % контактно-кондуктивною складовою [9,4∙10⁻⁵ Вт/(м∙К)].
Опис
Ключові слова
cryocontainer, thermal insulation, liquid nitrogen, vacuum, екранно-вакуумна теплоізоляція, теплопровідність, рідкий азот, кріопосудина
Бібліографічний опис
Zhun H. H. Development of a technology for manufacturing a heat-shielding structure on nitrogen cryocontainers, excluding heat transfer through gas [Electronic resource] / H. H. Zhun, V. V. Starikov, V. P. Koverya // Low Temperature Physics. – Electronic text data. – 2022. – Vol. 48, No. 9. – P. 774-782. – Access mode: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0013291, free (date of the application 15.04.2023).